Truyền khối - chương 2 hấp thụ

Chương 2

Hấp Thụ

1


Giới thiệu
Trong công nghiệp hóa chất có rất nhiều
nguyên liệu và sản phẩm ở dạng khí hỗn hợp.
Muốn tiếp tục gia công, chế biến các hỗn hợp
khí ta cần làm sạch chúng khỏi các tạp chất hoặc
tách chúng thành các cấu tử riêng biệt.
Ví dụ: như sau khi hóa than ta thu đuợc hỗn
hợp khí các chất N2 , H2, H2S, NH3, CO, CO2
… muốn dùng hỗn hợp ấy để tổng hợp NH 3 để
sản xuất phân đạm (Urê) ta phải tách chúng ra.
2


Các phương pháp tách hổn hợp khí

Có nhiều phương pháp để tách hổn
hợp khí thành cấu tử.
– Phương pháp hóa học.
– Phương pháp cơ lý (dưa trên tính chất hóa lỏng ở các nhiệt độ khác
nhau).
– Phuơng pháp hút: dùng chất lỏng hay chất rắn xốp để hút.

Nếu dùng chất lỏng gọi là qúa
trình hấp thụ, nếu dùng chất rắn thì

qúa trình gọi là hấp phụ
3


Khái niệm hấp thu

Hấp thụ là qúa trình hấp khí
bằng chất lỏng, khí được hút
gọi là chất bị hấp thụ, chất lỏng
dùng để hút gọi là dung môi
(Còn gọi là chất hấp thụ), khí
không bị hấp thụ gọi là khí trơ.
MEA

4


Ứng dụng

Qúa trình hấp thụ đóng một vai
trò quan trọng trong sản xuất
hóa học, nó được ứng dụng để:
– Thu hồi các cấu tử qúy
– Làm sạch khí
– Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng
– Tạo thành sản phẩm cuối cùng
5


Dung môi và tính chất của dung môi

Qúa trình hấp thu thực hiện được
tốt hay xấu phần lớn là do tính chất
dung môi quyết định.
Các tính chất cần thiết của dung
môi:
6


1. Có tính chất hòa tan chọn lọc.

Nghĩa là chỉ hòa tan với 1
hoặc 1 nhóm cấu tử, còn
những cấu tử khác không có
khả năng hòa tan hoặc hòa tan
rất ít.

7


2. Độ nhớt của dung môi bé.

Để giảm trở
lực và tăng hệ
số chuyển khối

8


3. Nhiệt dung riêng bé.

Để tiết kiệm nhiệt
năng khi hoàn
nguyên dung môi

9


4. Có nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của
cấu tử hòa tan.

Để dễ dàng
phân riêng chúng
qua chưng luyện
10


5. Có nhiệt độ đóng rắn thấp

Để tránh hiện
tượng đóng rắn
làm tắc thiết bị

11


6. Không tạo thành kết tủa khi hòa tan

Để tránh tắc thiết bị
và dễ thu hồi dung

môi

12


7. Ít bay hơi

Để tránh tổn
thất

13


8. Không độc và ăn mòn thiết bị

An toàn cho
người và bảo
vệ thiết bị

14


2.1. Cơ sở vật lý của quá trình hấp thu

2.1.1. Độ hòa tan của khí trong lỏng
Độ hòa tan của khí trong chất lỏng là
lượng khí hòa tan trong một đơn vị chất
lỏng.
Độ hòa tan của khí trong chất lỏng phụ
thuộc vào:

– Tính chất của khí và chất lỏng
– Nhiệt độ môi trường
– Áp suất riêng phần của khí trong hỗn hợp.

15


Định luật Henry-Đan tông

Biểu thức:
ycb = mx
Khi tính toán hấp thụ, người
Y
X
ta ythường
dùng xtỷ= số mol,
=
1+ Y
1
+
X
trong trường hợp này ta có:
16


2.1.2. Cân bằng vật liệu của quá trình hấp thụ
Gọi:
Gd: lượng hỗn hợp khí đi vào thiết bị hấp thụ kmol/h.
Yd: nồng độ đầu của hỗn hợp khí kmol/kmol khí trơ.
Yc: nồng độ cuối của hỗn hợp khí kmol/kmol khí trơ.

Ltr: lượng dung môi đi vào thiết bị kmol/h
Xd: nồng độ đầu của dung môi kmol/kmoldung môi
Xc: nồng độ cuối của dung môi kmol/kmol dungmôi
Gtr: lượng khí trơ vào thiết bị kmol/h

17


Xác định lượng khí trơ

G tr

1
= Gy
=G y (1 - y d )
1 + Yd

18


Phương trình cân bằng vật liệu (toàn tháp)

Theo nguyên tắc: lượng khí pha
lỏng thu được bằng lượng khí mất đi
trong pha hơi.
Gtr (Yd - Yc) = Ltr( Xc - Xd)
Y
−
Y
d

c cần thiết:
Xác địnhLlượng
dung
môi
tr =G tr

Xc − Xd

19


Xác định lượng dung môi tối thiểu

Lượng dung môi tối
thiểu khi nồng độ chất
Yd − Yc
=G
tanLtrong
dung
môi đạt
trmin
tr
X c max − X d
cực đại:
20


Xcmax -nồng độ cân bằng ứng
với nồng độ đầu của hỗn hợp
khí.

Xác định Xcmax
Dựa vào đường cân bằng lỏng
hơi.
21


Lượng dung môi tiêu hao riêng

L tr
Yd − Yc
l=
=
G tr X c − X d

22


Phương trình cân bằng vật liệu
đối với khoảng thể tích thiết bị
kể từ một tiết diện bất kì nào đó
với phần trên của thiết bị.
LY
tr c ) = Ltr ( X L
trXd )
GtrY
(Y
=
X + Yc - X d
G
G

tr
tr
Suy ra:
23


2.2. Các thiết bị hấp thụ và tính toán
Thiết bị hấp thụ loại bề mặt
Thiết bị hấp thụ loại ống
Thiết bị hấp thụ loại tấm
Thiết bị hấp thụ loại phun
Thiết bị hấp thụ loại đệm
Thiết bị hấp thụ loại đĩa
24


THIẾT BỊ HẤP THỤ LOẠI BỀ MẶT

Thiết bị hấp thụ loại bề mặt kiểu vỏ
25